Laboratorio De Condensadores

Universidad Rafael Urdaneta. Facultad de Ingeniería. Laboratorio de Física II. Alumno: Ricardo Tizón. Sección: “C”

Informe N0 8.

CARGA Y DESCARGA DE CONDENSADORES.

Maracaibo; 12 de noviembre de 2012.

INTRODUCCIÓN.

Un circuito eléctrico podría definirse como una red eléctrica, es decir, como una interconexión de dos o mas componentes eléctricos tales como resistores, condensadores, interruptores y fuentes de poder, que contiene al menos una trayectoria cerrada.

Un condensador es un dispositivo que sirve para almacenar carga y energía. Está construido por dos conductores aislados uno del otro, que poseen cargas iguales y opuestas. Los condensadores tiene múltiples aplicaciones. El mecanismo de iluminación “flash” de las cámaras fotográficas poseen un condensador que almacena la energía necesaria para proporcionar un destello súbito de luz.

Un capacitor se carga en tiempos que pueden llegar a ser insignificantes, y posteriormente descargarse en tiempos mucho mayores, asumiendo un comportamiento distinto en cada uno de los casos (carga-descarga). Es de mucha importancia conocer como varia la tensión en cada no de estos casos, el tiempo de carga y descarga o el tiempo en que se carga la mitad de la carga máxima, por múltiples factores como por ejemplo para calcular cuanto tiempo puede estar en funcionamiento un circuito electrónico con la carga de un capacitor.

El primer condensador utilizado para almacenar grandes cargas eléctricas fue una botella con una lámina de oro en sus cara interior y exterior que se llamó botella de Leyden. Fue inventada en el siglo XVIII en Leyden cuando estudiando los efectos de las cargas eléctricas sobre las personas y los animales, uno de aquellos experimentadores tuvo la idea de almacenar una gran cantidad de carga en una botella de agua. Para ello sostenía la botella en una mano mientras la carga procedente de un generador electroestático era conducida hasta el agua por medio de una cadena. Después de muchos experimentos se descubrió que la mano que sostenía la botella podía reemplazarse por hojas metálicas que recubrían las superficies interior y exterior de la botella.

El objetivo de este laboratorio consiste en:

I) Analizar el proceso de carga y descarga de un condensador.



MARCO TEÓRICO.

La propiedad fundamental de un capacitor o condensador es almacenar energía eléctrica de forma prácticamente instantánea, para descargarla de la misma forma. La estructura más simple de un capacitor se compone de dos placas metálicas denominadas “armaduras”, enfrentadas una con la otra sin llegar a tocarse. Entre esas dos placas existe un material aislante, denominado dieléctrico, que puede ser aire, mica, cerámica, papel, o cualquier otro material apropiado que cumpla con esa función. Además, cada placa tiene acoplado su correspondiente alambre terminal conductor de la corriente, para poderla conectar al circuito eléctrico o electrónico.

Para cargar de energía eléctrica un capacitor es necesario conectar los dos extremos de alambre conductor a una fuente de fuerza electromotriz (F.E.M.) externa como, por ejemplo, una batería. Así la placa conectada al polo positivo (+) de la batería se carga positivamente, mientras que la conectada al polo negativo (–) se carga negativamente.

Según se puede ver en la figura, el interruptor (6) se encuentra abierto, por lo que la corriente eléctrica, al no poder circular por el circuito externo, no puede cargar el capacitor. En este caso, las dos placas o armaduras mantienen todavía su equilibrio electrónico, pues los átomos que integran las moléculas del metal, se mantienen en estado eléctricamente neutro. En un capacitor descargado, como el de este ejemplo, las cargas de los electrones y los neutrones son iguales en ambas placas, porque mantienen su equilibrio electrónico; es decir, en esas condiciones ninguna de las dos placas capta, ni cede electrones.



Cuando cerramos el interruptor del circuito formado por el capacitor y la batería, la corriente eléctrica comienza a fluir a partir del polo negativo (–) de la batería. Simultáneamente, para que eso ocurra, la placa izquierda (como se puede ver en la ilustración) cede electrones a la otra placa y se convierte en positiva (+) debido al exceso de protones con carga de ese mismo signo que le quedan, superando a los electrones con carga de signo negativo (–), que ha perdido, desestabilizando así su equilibrio electrónico.

Al conectar un condensador en un circuito, la corriente empieza a circular por el mismo. A la vez, el condensador va acumulando carga entre sus placas; a este procesos se le conoce como proceso de carga del capacitor y es aquí cuando se polarizan sus placas. Cuando el condensador se encuentra totalmente cargado, deja de circular corriente por el circuito. Si se quita la fuente y se coloca el condensador con una resistencia en paralelo, la carga empieza a fluir de una de las placas del condensador a la otra a través de la resistencia, hasta que la carga es nula en las dos placas; a esto se le conoce como proceso de descarga del capacitor y en este caso, la corriente circulará en sentido contrario al que circulaba mientras el condensador se estaba cargando.

En un condensador, el voltaje (potencial eléctrico presente en el condensador), la capacitancia (la cantidad de energía eléctrica almacenada para un potencial eléctrico dado) y la carga del mismo, vienen determinadas por la siguiente expresión:

Donde C es la capacitancia,V el voltaje y Q la carga del capacitor.



El tiempo empleado para cargar un capacitor se define como constante de tiempo capacitiva y se calcula mediante la siguiente ecuación:

Las ecuaciones del proceso de carga del capacitor se originan mediante la resolución de la siguiente ecuación diferencial:

Resolviendo esta ecuación tenemos entonces que:

Manipulado la ecuación anterior tenemos que:

Las ecuaciones del proceso de descarga del capacitor se originan similarmente mediante la resolución de otra ecuacion diferencia; las ecuaciones para el calculo de la intensidad y el voltaje en el capacitor en el proceso de descarga son las siguientes:



PROCEDIMIENTOS

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